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Date
2022Author
Wetterau, LukasSubject
600 Technology MikromagnetismusSensorRiesenmagnetowiderstandMikrofluidikSuperparamagnetismusDetektionMetadata
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Buch
Micromagnetic Modeling of a GMR Vortex Sensor for the Detection of Superparamagnetic Labels
Abstract
Die Entwicklung von effizienten Lösungen für Point-of-Care (POC) Diagnoseverfahren wird in der Medizin ein immer bedeutsameres Gebiet. Durch die Anwendung sicherer POC-Testung sollen Laborkapazitäten gesichert und Krankheiten und Infektionen schneller behandelt und diagnostiziert werden. Solche POC Tests können auf Basis der Mikrofluidik in einem einzelnen Chip realisiert werden, der alle notwendigen Schritte zur Detektion eines bestimmten Moleküls enthält. Im Herzen eines solchen Systems sitzt die Sensoreinheit, in der der letzte Schritt der Detektion, die Erzeugung eines sich änderten elektrischen Signals, vollzogen wird. In mikromagnetischen Systemen werden hierfür magnetoresistive Sensoren verwendet, die das magnetische Feld eines gesättigten superparamagnetischen Markers detektieren, der zur Verstärkung des magnetischen Feldes biochemisch mit dem Molekül verbunden ist. Bei Molekülen im Nanometerbereich muss diese Detektion möglichst rauscharm erfolgen, um eine verlässliche Wahrnehmung des gleichgroßen Markers zu gewährleisten. Dementsprechend wird in dieser Arbeit ein Sensorkonzept vorgestellt, das eine rauscharme Detektion von superparamagnetischen Markern im Nanometerbereich gewährleisten kann. Das Sensorkonzept basiert auf dem Riesenmagnetowiderstand (GMR), der mit Vortexstrukturen kombiniert wird, um etwaige Rauschkomponenten zu minimieren.
Developing efficient solutions for point-of-care (POC) diagnostics is a topical issue in biomedicine since reliable POC testing is required to safe laboratory capacities and treat diseases and infections more quickly. In this context, POC tests can be realized in single chips that exploit the mechanisms of microfluidics and bring all necessary laboratory steps together to a single chip for quantifying a specific molecule. The key role of such a system is taken by the sensor unit that executes the final detection step generating a changing electrical signal. In micromagnetic systems, this is accomplished by magnetoresistive sensors that detect the magnetic stray field of a superparamagnetic label, which is biochemically connected to the molecule enhancing the magnetic stray field. For molecules in the nanometer range, a low-noise detection is essential to ensure reliable detection of the label that is also assigned to the nanometer range. Accordingly, this work presents a sensor concept that enables low-noise detection of superparamagnetic labels assigned to the nanometer range. The sensor concept is based on the Giant Magnetoresistance (GMR) effect upgraded with magnetic vortex structures to minimize any noise contributions.
Additional Information
Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2021Druckausgabe
Link zu kassel university pressCitation
@book{doi:10.17170/kobra-202201185560,
author={Wetterau, Lukas},
title={Micromagnetic Modeling of a GMR Vortex Sensor for the Detection of Superparamagnetic Labels},
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2022-03-07T12:05:35Z 2022-03-07T12:05:35Z 2022 doi:10.17170/kobra-202201185560 http://hdl.handle.net/123456789/13671 Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2021 eng kassel university press Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ micromagnetic simulations magnetic vortex structures superparamagnetic labels GMR effect microfluidic systems 600 Micromagnetic Modeling of a GMR Vortex Sensor for the Detection of Superparamagnetic Labels Buch Die Entwicklung von effizienten Lösungen für Point-of-Care (POC) Diagnoseverfahren wird in der Medizin ein immer bedeutsameres Gebiet. Durch die Anwendung sicherer POC-Testung sollen Laborkapazitäten gesichert und Krankheiten und Infektionen schneller behandelt und diagnostiziert werden. Solche POC Tests können auf Basis der Mikrofluidik in einem einzelnen Chip realisiert werden, der alle notwendigen Schritte zur Detektion eines bestimmten Moleküls enthält. Im Herzen eines solchen Systems sitzt die Sensoreinheit, in der der letzte Schritt der Detektion, die Erzeugung eines sich änderten elektrischen Signals, vollzogen wird. In mikromagnetischen Systemen werden hierfür magnetoresistive Sensoren verwendet, die das magnetische Feld eines gesättigten superparamagnetischen Markers detektieren, der zur Verstärkung des magnetischen Feldes biochemisch mit dem Molekül verbunden ist. Bei Molekülen im Nanometerbereich muss diese Detektion möglichst rauscharm erfolgen, um eine verlässliche Wahrnehmung des gleichgroßen Markers zu gewährleisten. Dementsprechend wird in dieser Arbeit ein Sensorkonzept vorgestellt, das eine rauscharme Detektion von superparamagnetischen Markern im Nanometerbereich gewährleisten kann. Das Sensorkonzept basiert auf dem Riesenmagnetowiderstand (GMR), der mit Vortexstrukturen kombiniert wird, um etwaige Rauschkomponenten zu minimieren. Developing efficient solutions for point-of-care (POC) diagnostics is a topical issue in biomedicine since reliable POC testing is required to safe laboratory capacities and treat diseases and infections more quickly. In this context, POC tests can be realized in single chips that exploit the mechanisms of microfluidics and bring all necessary laboratory steps together to a single chip for quantifying a specific molecule. The key role of such a system is taken by the sensor unit that executes the final detection step generating a changing electrical signal. In micromagnetic systems, this is accomplished by magnetoresistive sensors that detect the magnetic stray field of a superparamagnetic label, which is biochemically connected to the molecule enhancing the magnetic stray field. For molecules in the nanometer range, a low-noise detection is essential to ensure reliable detection of the label that is also assigned to the nanometer range. Accordingly, this work presents a sensor concept that enables low-noise detection of superparamagnetic labels assigned to the nanometer range. The sensor concept is based on the Giant Magnetoresistance (GMR) effect upgraded with magnetic vortex structures to minimize any noise contributions. open access Wetterau, Lukas 2021-11-11 155 Seiten Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik / Informatik Witzigmann, Bernd (Prof. Dr.) Kusserow, Thomas (Prof. Dr.) Kassel 978-3-7376-1013-1 Mikromagnetismus Sensor Riesenmagnetowiderstand Mikrofluidik Superparamagnetismus Detektion publishedVersion true 29,00 Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin Dissertation FB 16 / Elektrotechnik / Informatik Softcover DIN A5 true
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